JP6941006B2 - 組立体、温度依存性反応を遂行するための器具、及び組立体での温度依存性反応を遂行するための方法 - Google Patents

組立体、温度依存性反応を遂行するための器具、及び組立体での温度依存性反応を遂行するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、組立体、１つ又は複数の温度依存性反応を遂行するための器具及び組立体での温度依存性反応を遂行するための方法に関する。
組立体は、本発明の意味では、試料ブロックと、ヒートシンクと、少なくとも１つの熱電要素と、を備えている。その様な試料ブロックは、少なくとも１つの、好適には複数の試料容器を受け入れるように構成されている。熱電要素は熱電冷却器又は熱電加熱器として設計されている。熱電冷却器はペルチェ効果を使用して２つの異なる種類の材料の接合部間に熱流速を作り出す。ペルチェ冷却器、加熱器、又は熱電ヒートポンプは、電気エネルギーの消費と共に電流の方向に依存して熱を装置の一方の側から他方の側へ移す固体能動ヒートポンプである。その様な器具は、ペルチェ素子、ペルチェヒートポンプ、固体冷蔵器、又は熱電冷却器、とも呼ばれる。それは、実務上の主たる用途は冷却であるが、加熱用又は冷却用の何れにも使用することができる。本発明の分野では、それは、試料容器内の試料の温度依存性反応を制御するために試料容器を加熱するか又は冷却する温度制御器として使用されている。ヒートシンクは、余分な熱を除去するように構成されている。熱電要素及びヒートシンクは、よって増幅されるポリメラーゼ連鎖反応のための試料に適用されるべき制御された温度サイクルを可能にする。特に、熱電要素及びヒートシンクは、励起光を試料へ浴びせたときの光反応の検出を可能にする。
特に、最近では、セラミックを基板として用いている標準的熱電要素が普及し一般に使用されている。その様な熱電要素が米国特許第２００８／０３０８１４０Ａ１号に記載されている。
米国特許第２００８／０３０８１４０Ａ１号
上述の熱電要素の使用は、その様な組立体内でのハンドリングに関して利点をもたらす。とはいえ、なおも幾つかの欠点がある。とりわけ、セラミックを基板として用いている熱電要素へ開口又は穴を構築する場合の公差は厳しく制限される。取り付け及び固定が異なる熱電要素間に行われ、それらの間に最小限の距離をもたらす。更に、前記セラミック基板は典型的には平面状である。それらは強力に前もって応力を加えられ熱界面材料を使用して熱的なサンドイッチ状に組み立てられる必要がある。熱界面材料は、それらの構造が極めて剛性であるという理由で必要とされている。最近では、標準的熱電要素は、更に、半導体脚部間の距離が固定されていることに因り均一なパワー密度を提供する。半導体脚部は、例えばテルル化ビスマスインゴット（生材料）から、要求されるブロックサイズ分を切り出し、それらを要求される電気回路配置の銅メッキを有する２枚のセラミック基板の間にはんだ付けすることによって製造される。半導体ブロックのプロセス及び組み立ては主に手作業である。完成した熱電要素組立体は、温度の均一化に関して、低温の近隣物に因って熱損失が変動することにより引き起こされ、加熱／冷却される界面プラテンの均一化能力を制限する熱的なエッジ効果及びコーナー効果を常に呈している。
従って、本発明の目的は、組立体、温度依存性反応を遂行するための器具及び温度依存性反応を遂行する方法において、上記欠点を克服するように構成され、反応における改善された温度制御を可能にする組立体、器具、及び方法を提供することである。
この課題は、特許請求の範囲の独立請求項の特徴を有する、組立体、温度依存性反応を遂行するための器具及び温度依存性反応を遂行するための方法、によって解決される。単独に実現することもできるし何れかの任意の組み合わせに実現することもできる実施形態ものは、特許請求の範囲の従属請求項に記載されている。
下記での使用に際し、（原文「ｈａｖｅ」の対訳である）「有する」、（原文「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」の対訳である）「備える」若しくは（原文「ｉｎｃｌｕｄｅ」の対訳である）「含む」という用語又はそれらの語の何れかの任意の文法的変化形は、非排他的に使用されている。したがって、これらの用語は、これらの用語によって導入されている特徴とは別に、更なる特徴がこの文脈で説明されている実在物に存在していないという状況を言い表すとともに、１つ又は複数の更なる特徴が存在しているという状況も言い表してよい。一例として、「ＡはＢを有する」、「ＡはＢを備える」及び「ＡはＢを含む」という表現は、ＡにはＢとは別に他の要素が何も存在していないという状況（即ち、Ａは唯一且つ排他的にＢから成るという状況）及び実在物ＡにはＢとは別に１つ又は複数の更なる要素、例えば、要素Ｃ、要素Ｃ及び要素Ｄ、又は更にそれ以上の要素、が存在しているという状況の双方を言い表してよい。
また、「少なくとも１」、「１又はそれ以上」、又は、或る特徴又は要素が一回又はそれ以上存在し得ることを示唆する類似の表現は、典型的には、それぞれの特徴又は要素を紹介する際に一回に限って使用されるであろうことに留意されたい。下記では、それぞれの特徴又は要素に言及する際、殆どの場合に、それぞれの特徴又は要素が一回又はそれ以上存在し得るという事実にもかかわらず「少なくとも１」又は「１又はそれ以上」という表現を繰り返すことはしない。
試料ブロックと、ヒートシンクと、少なくとも１つの電着型熱電要素と、を備えている組立体が開示されている。電着型熱電要素の製造技法は、単位面積当たりの印加可能なパワーの損失無しに、多く穿たれた又は凹みが設けられた熱電要素の様な任意のカスタマイズされた形状を可能にする。電着型熱電要素は、可撓性にすることもできる。それらは、円筒体又は円錐体の様な多くの形状に実現することができる。したがって、電着型熱電要素の製造技法は、殆ど何れの構想され得るオーダー、形状、配置、及びテルル化物結晶の様な粒子のサイズも許容し、よってエッジやコーナー付近での一定のパワー補償を提供することさえ可能にする。
電着型熱電要素は試料ブロックとヒートシンクの間に配置させることができる。したがって、熱を試料ブロックから除去しヒートシンクへ移すことができる。
電着型熱電要素は試料ブロック及び／又はヒートシンクに接触させることができる。したがって、電着型熱電要素から試料ブロック及び／又はヒートシンクへの及びその逆の直接の熱移動が提供される。
試料ブロックは電着型熱電要素及びヒートシンクへ固定させることができる。したがって、試料ブロックの、電着型熱電要素及びヒートシンクに対するずれが防止される。それ故、これらの構造部材の配置向きは永久的に同じままとなるので、これらの構造部材間の熱流束を信頼性高く制御することができるようになる。
例えば、試料ブロックは、ポジティブフィット接続及び／又は非ポジティブフィット接続及び／又は接着ボンド接続を用いて、電着型熱電要素及びヒートシンクへ固定させることができる。接着ボンド接続は、熱安定性熱伝導性グルーを使用することによって提供することができる。したがって、これらの構造部材は、個々の形状及び用途に依存して、個別に互いへ接続させることができる。
特に、試料ブロックは、少なくとも１つの固定ボルトを備えていてもよい。電着型熱電要素は少なくとも１つの固定穴を備え、ヒートシンクは少なくとも１つの固定穴を備えていてもよい。少なくとも１つのねじの切られたボルトを熱電要素の固定穴及びヒートシンクの固定穴に係合させるようにしてもよい。こうして脱着式の固定が提供され、これらの構造部材の保守及び交換が可能になる。
試料ブロックは、それぞれが試料容器を受け入れるように構成されている１つ又は複数の凹部を備えていてもよい。前記少なくとも１つの電着型熱電要素の形状が前記１つ又は複数の凹部の形状に適合されていてもよい。そうすれば、基本的に、数個の試料容器架台を、対応する形状、複雑な凹部、穴、窪み、貫通孔、突出、など、を有するたった１つの電着型熱電要素を用いて加熱及び冷却することが可能となる。その様な形状の電着型熱電要素の使用は、直冷式の試料架台又はラック又はパックを製造することを容易にする。例えば、（単数又は複数の）電着型熱電要素を（単数又は複数の）架台のつば（ｃｏｌｌａｒ：「襟」とも）の周りの湾曲した電着型熱電要素として提供することもできる。
試料ブロックは、試料容器を受け入れるように構成されている少なくとも１つの凹部を備えていてもよい。凹部は、その底端に貫通孔を備えていてもよい。電着型熱電要素は、少なくとも１つの貫通孔を備えていてもよい。ヒートシンクは、少なくとも１つの貫通孔を備えていてもよい。凹部の貫通孔と電着型熱電冷却要素の貫通孔とヒートシンクの貫通孔を共通の軸上に整列させることができる。こうして、光を伝播させ検出できるようにする光学経路が提供される。
凹部は、電着型熱電要素に向かって先細りになっていてもよい。したがって、軽減されたばね荷重及び軽減された公差仕様によって予荷重を実現し得るように、または、高さが重大な設計パラメータとなる半径方向の熱界面のために、熱界面を先細り形状に実現し得る。
例えば、凹部は円錐形状をしていてもよい。したがって、軽減されたばね荷重及び軽減された公差仕様によって予荷重を実現し得るように、または、高さが重大な設計パラメータとなる半径方向の熱界面のために、熱界面を円錐形状に実現し得る。
電着型熱電要素は複数の熱電ゾーンを備えるものとすることができる。当該ゾーンは個別に作動できる。したがってゾーンは互いに独立に作動できる。こうして個々のゾーンの間で異なる加熱及び／又は冷却性能が提供される。
熱電ゾーンは、同一の又は異なる冷却パワー特性又は加熱パワー特性を備えていてもよい。具体的には、異なるゾーン同士を互いから絶縁して構築しておけば、それらを独立に差別的にパワー供給することができるようになる。そうすれば、熱均一性及び／又は様々な傾斜プロファイル又は循環プロファイルをたった１つのハードウェアセットアップで達成することができる。
各熱電ゾーンは（複数の）サブ部分を備えていてもよい。サブ部分は同一の又は異なる冷却パワー特性又は加熱パワー特性を備えていてもよい。したがって、ゾーンは、それ自体を、個別熱移動のより小さい領域を可能にするサブ部分へ分割され得る。こうして１つのゾーン内に、エッジ効果又は設計が関係する非対称性を補償するため、異なるパワー特性を有する複数の領域又はサブ部分を実施することができる。
電着型熱電要素は、基本的に、平面形、切石の形、円筒形、円錐形、多角形、丸みを帯びた辺を有する多角形の形状、多面体、丸みを帯びた辺を有する多面体、又は任意の三次元形状、を備えることができる。したがって、電着型熱電要素は、複数の潜在的に考えられ得る形状に設計することができる。その結果、電着によって作られる熱電要素をむしろ少ない労力で個別に形作ることができるようになる。
以上に説明されている組立体と、少なくとも１つのラボラトリ装置と、を備える、温度依存性反応を遂行するための器具が開示されている。したがって、当該組立体は、異なる種類のラボラトリ器具へ十分に一体化させることができる。
以上に説明されている組立体での又は以上に説明されている器具での温度依存性反応を遂行する方法が開示されている。方法は、電着型熱電要素を作動させることによって、試料ブロックの凹部に配置された試料容器内に備えられている試料を１つ又は複数の指定温度に曝す段階を備えている。こうして温度依存性反応を、改善され簡略化された方式で制御することができるようになる。
電着型熱電要素は、試料容器内の試料を冷却及び／又は加熱するべく作動されるようになっていてもよい。したがって、試料容器内の温度は、熱を試料容器へ供給することによって又は熱を試料容器から除去することによって制御することができる。
試料中の検体の存在又は不在を判定する方法であって、以上に説明されている方法を、前記検体に対して特異的である検出可能なマーカーの存在下に遂行する段階と、前記検体の存在又は不在を指し示す、前記検出可能なマーカーによって発せられる光を検出する段階と、を備えている方法、が開示されている。したがって、電着型熱電要素の個別設計は光学的検出手法内での適用を可能にする。
マーカーは蛍光体又は電気化学発光化合物であってもよい。したがって、十分に確立されたマーカーを本方法と共に使用することもできる。
マーカーは蛍光体であってよく、試料は前記温度依存性反応の最中及び／又は後に励起光に曝されてよく、発せられた光は検出器に検出されてよく、前記発せられた光が前記検体の存在を示している。こうして改善された温度依存性反応動態学を用いて検体を信頼性高く検出することができるようになる。
励起光源は試料ブロックの上方に位置付けられてよく、検出器は以上に説明されている組立体のヒートシンクの下方に位置付けられてもよい。こうして、試料から発生する光を単純な方式で信頼性高く検出することができるようになる。
「試料ブロック」という用語は、ここでの使用に際し、試料容器を収容するように構成されている室又は凹部を備えるブロックの形状をした構造部材を言う。試料容器はプラスチック容器であってもよい。特に、試料容器は、ブロックと容器内に備えられている液体試料との間での最適熱移送を許容するように構築し配列させることができる。これは、熱循環の最中又は後の最適条件を可能にし、核酸増幅の特異性及び効率を確約する。液体は、光ビーム照射によって検出することのできる反応物質を備えている。反応物質の例は、液体中の反応生成物の形成と相関のある蛍光標識である。反応の一例は、ＴＭＡ、ＮＡＳＢＡ又はＰＣＲの様な、増幅反応である。その様な増幅反応は当技術分野ではよく知られている。代替として、試料容器は、マルチウェルプレート、即ちマイクロタイタープレートに複数のウェルが配列されているもの、である。
「ヒートシンク」という用語は、ここでの使用に際し、電子装置又は機械装置によって生成された熱を動いている冷却剤流体の中へ移す受動熱交換器を言う。移された熱は動いている流体と共に装置を去るので、その結果、装置温度を物理的に実行可能なレベルに調整することが可能となる。
「電着型」という用語は、ここでの使用に際し、電着によって作られた構造物を言う。電着は、電着塗装、ｅコーティング、陰極電着、陽極電着、及び電気泳動被覆、又は電気泳動塗装、を含むプロセスである。このプロセスの特有の特徴は、液体媒質中に懸濁させたコロイド粒子を電場の影響下で移動（電気泳動）させ電極上に堆積させることである。電気泳動堆積では、安定した懸濁液を形成するのに使用することのできるあらゆるコロイド粒子及び電荷を運ぶことのできるあらゆるコロイド粒子を使用することができる。これは、ポリマー、顔料、染料、セラミック、及び金属、の様な材料を含む。当該プロセスは、材料を任意の電気伝導性の表面へ塗布するのに有用である。
「ポジティブフィット接続」という用語は、ここでの使用に際し、接続されるべき少なくとも２つの要素又は構造部材の、これらの要素同士の係合又は噛合いによってもたらされる接続を言う。それにより、これらの要素は、力の伝達が無くても又は力の伝達の中断が無くても互いから離れることはないであろう。言い換えれば、ポジティブフィット接続の場合、一方の要素が他方の要素の障害となるか又は他方の要素の行く手に立ちふさがるわけである。ポジティブフィット接続は、更に、ポジティブロッキング接続としても知られている。
「非ポジティブフィット接続」という用語は、ここでの使用に際し、接続されるべき少なくとも２つの要素又は構造部材の、それら要素の表面へ垂直に作用する押圧力によってもたらされる接続を言う。接着力によって生じる抗力が打ち負かされない限り、要素同士が互いに対してずれることはないであろう。非ポジティブフィット接続は、更に、非ポジティブロッキング接続としても知られている。
「接着ボンド接続」という用語は、ここでの使用に際し、接続されるべき少なくとも２つの要素又は構造部材の、原子間力又は分子力によってもたらされる接続を言う。その様な接続は、接続されるべき要素又は構造部材上へ、それらを互いに接続する介在材料を塗布することによって提供することができる。こうして現出される接続は可溶性のこともあれば不溶性のこともある。介在材料は、接着剤又はグルー、特に熱安定性熱伝導性のグルーとすることができる。
「ラボラトリ器具」という用語は、ここでの使用に際し、検出器を備える任意の器具であって、光を試料へ発するように構成されている光源と、試料から発せられる光を検出するように構成されている検出器と、を備える器具を言う。
「光源」という用語は、ここでの使用に際し、分析されるべき試料中に生成されるルミネセンスの励起のために使用することのできる任意の種類の照明器とすることができる。本発明の光源は、一次光源又は二次光源であってもよく、一次光源は、電気エネルギー、電磁エネルギー、化学エネルギー、熱エネルギー、運動エネルギー、又は任意の他の形態のエネルギー、例えば蛍光体をベースとする発光ダイオードを含む、を、試料容器内のマーカー分子の励起に適した光へ変える。二次光源は、或る光ビームの形状、方向、及び均一性を、別の光ビームへ変換する光源である。それは、白色光源であってもよく、又はそれは、単一波長だけを含むものであってもよいし、複数波長を含むものであってもよいし、又は１つ又は複数の波長ゾーン、又はそれらの組合せを含むものであってもよい。典型的な光源は、白熱灯、ガス放電灯、又は有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤｓ）を含む発光ダイオード（ＬＥＤｓ）である。光源は、単一周波数を有する光又は複数の異なる周波数を有する光を発する発光体を含む。追加的に、光源は１つより多い前記発光体から成る配列であってもよい。
「検出器」という用語は、ここでの使用に際し、視野平面の像の像平面内に位置する複数の個別検出サイトの特定の配列に関係する。各個別検出サイトは、光を捕捉することができ且つ光の強度を対応する電気信号へ変換することができる装置である。ウェル又はバイアル又は試料容器に入っている各試料から発生する蛍光の像は、少なくとも１つの検出サイトと一致している。例えば、検出器は、光ビームによって伝送される光信号を、ユーザーが彼又は彼女の測定の結果を認識できるようモニター上の図示された説明に変換するように適合されている電荷結合素子（ＣＣＤ）チップ又はＣＭＯＳチップを備えていてもよい。
「試料又はマーカーから発せられる光」という用語は、ここでの使用に際し、試料又はマーカーから発生する光ビームに関する。これらの光ビームは、ウェル又は試料容器内に備えられた試料中のマーカー分子の励起によって生成されるルミネセンス、即ち放射光のこともあるし、又は蛍光マーカーが使用されている場合にはレミッション光（ｒｅｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｇｈｔ）のこともある。
「試料」という用語は、ここでの使用に際し、関心対象の検体を含有していると想定される材料を言う。試料は、血液、唾液、眼球水晶体液、脳脊髄液、汗、尿、乳、腹水、粘液、滑液、腹膜液、羊水、組織、細胞、など、を含む生理学的流体の様な、任意の生物源由来のものとすることができる。検査試料は、使用に先立って前処理されていてもよく、例えば、血液から血漿を調製すること、粘性流体を希釈すること、溶解、など、が施されてもよく、処理の方法は、濾過、蒸溜、遠心分離、濃縮、干渉成分の不活性化、及び試薬の添加、を伴うこともある。試料は、源から得られたものがそのまま使用されてもよいし、又は試料の性質を変えるための前処理をしたうえで使用されてもよく、例えば別の溶液で希釈された後に使用されることもあるし、又は例えば１つ又は複数の診断的検定を実施することを目的に、一例として、臨床化学検定、免疫検定、凝固検定、核酸検査、など、の様な診断的検定を実施することを目的に、試薬と混合された後に使用されることもある。従って、「試料」という用語は、ここでの使用に際し、原試料に使用されるのみならず、前もって処理済みの（ピペット採取された、希釈された、試薬と混合された、濃縮された、純化処理済み、増幅処理済み、などの）試料にも関係する。ここでの使用に際し「検体」という用語は検出されるべき又は測定されるべき化合物又は組成物を言う。
「試料容器」という用語は、ここでの使用に際し、試料を保存又は収容するように構成されている何れかの種類の入れ物を言う。したがって、試料容器は、筒形状の入れ物、ラック、パック、又はスライドであってもよい。
本発明の知見を要約し、下記の特定の実施形態が開示されている。即ち、
（実施形態１）
試料ブロックと、ヒートシンクと、少なくとも１つの電着型熱電要素と、を備えている組立体。
（実施形態２）
実施形態１による組立体において、電着型熱電要素は試料ブロックとヒートシンクの間に配置されている、組立体。
（実施形態３）
実施形態１又は実施形態２による組立体において、電着型熱電要素は試料ブロック及び／又はヒートシンクに接触している、組立体。
（実施形態４）
実施形態１から実施形態３の何れか１つによる組立体において、試料ブロックは電着型熱電要素及びヒートシンクへ固定されている、組立体。
（実施形態５）
実施形態１から実施形態４の何れか１つによる組立体において、試料ブロックは、ポジティブフィット接続及び／又は非ポジティブフィット接続及び／又は接着ボンド接続を用いて、電着型熱電要素及びヒートシンクへ固定されている、組立体。
（実施形態６）
実施形態１から実施形態５の何れか１つによる組立体において、試料ブロックは少なくとも１つの固定穴を備え、電着型熱電要素は少なくとも１つの固定穴を備え、ヒートシンクは少なくとも１つの固定穴を備え、少なくとも１つのボルト、好適にはねじの切られたボルトが、試料ブロックの固定穴と熱電要素の固定穴とヒートシンクの固定穴を係合している、組立体。
（実施形態７）
実施形態１から実施形態６の何れか１つによる組立体において、試料ブロックは、それぞれが試料容器を受け入れるように構成されている１つ又は複数の凹部を備えており、前記少なくとも１つの電着型熱電要素の形状は前記１つ又は複数の凹部の形状に適合されている、組立体。
（実施形態８）
実施形態１から実施形態７の何れか１つによる組立体において、試料ブロックは試料容器を受け入れるように構成されている少なくとも１つの凹部を備え、前記凹部はその底端に貫通孔を備え、電着型熱電要素は少なくとも１つの貫通孔を備え、ヒートシンクは少なくとも１つの貫通孔を備えており、凹部の貫通孔と電着型熱電冷却要素の貫通孔とヒートシンクの貫通孔は共通の軸上に整列している、組立体。
（実施形態９）
実施形態７又は実施形態８による組立体において、凹部は電着型熱電要素に向かって先細りになっている、組立体。
（実施形態１０）
実施形態７から実施形態９の何れか１つによる組立体において、凹部は円錐形状をしている、組立体。
（実施形態１１）
実施形態１から実施形態１０の何れか１つによる組立体において、電着型熱電要素は熱電ゾーンを備え、当該ゾーンは個別に作動できる、組立体。
（実施形態１２）
実施形態１１による組立体において、前記熱電ゾーンは同一の又は異なる冷却パワー又は加熱パワー特性を備えている、組立体。
（実施形態１３）
実施形態１１又は実施形態１２による組立体において、各熱電ゾーンはサブ部分を備え、当該サブ部分は同一の又は異なる冷却パワー又は加熱パワー特性を備えている、組立体。
（実施形態１４）
実施形態１から実施形態１３の何れか１つによる組立体において、電着型熱電冷却要素は、平面形、切石の形、円筒形、円錐形、多角形、丸みを帯びた辺を有する多角形の形状、多面体、丸みを帯びた辺を有する多面体、又は任意の三次元の形、を備えている、組立体。
（実施形態１５）
実施形態１から実施形態１４の何れか１つによる組立体と、少なくとも１つのラボラトリ装置と、を備えている、温度依存性反応を遂行するための器具。
（実施形態１６）
実施形態１から実施形態１４の何れか１つによる組立体での又は実施形態１５による器具での温度依存性反応を遂行する方法であって、電着型熱電要素を作動させることによって、試料ブロックの凹部に配置されている試料容器内に備えられている試料を１つ又は複数の指定温度に曝す段階、を備えている方法。
（実施形態１７）
実施形態１６による方法において、電着型熱電要素は試料容器内の試料を冷却及び／又は加熱するように作動される、方法。
（実施形態１８）
試料中の検体の存在又は不在を判定する方法であって、実施形態１６の方法を前記検体に対して特異的である検出可能なマーカーの存在下に遂行する段階と、前記検体の存在又は不在を指し示す、前記検出可能なマーカーによって発せられる光を検出する段階と、を備えている方法。
（実施形態１９）
実施形態１８の方法において、前記マーカーは蛍光体又は電気化学発光化合物である、方法。
（実施形態２０）
実施形態１９の方法において、前記マーカーは蛍光体であり、前記試料は前記温度依存性反応中に励起光に曝され、発せられた光が検出器によって検出され、前記発せられた光を前記検体の存在についての指標とする、方法。
（実施形態２１）
実施形態１９の方法において、試料ブロックの上方に励起光源が位置付けられ、実施形態８又はそれに従属する何れかの実施形態による組立体のヒートシンクの下方に検出器が位置付けられている、方法。
本発明の更なる詳細事項は、下記の特定の実施形態の開示から導き出すことができる。実施形態の特徴は単独的に実現されてもよいし又は何れかの組合せに実現されてもよい。本発明はそれら実施形態に限定されない。実施形態は図に概略的に描かれている。図中の同一の参照番号は、同一の要素又は機能的に同一の要素又は機能に関して互いに対応している要素を指す。
本発明の第１の実施形態による組立体の分解図を示している。 本発明の第２の実施形態による組立体の分解図を示している。 本発明の第３の実施形態による組立体の分解図を示している。 本発明の第４の実施形態による組立体の分解図を示している。 本発明の第５の実施形態による組立体の平面図を示している。 本発明の第１の実施形態による器具の斜視図を示している。 本発明の第２の実施形態による器具の斜視図を示している。 本発明の第３の実施形態による器具の斜視図を示している。
図１は、本発明の第１の実施形態による組立体１０の分解図を示している。組立体は試料ブロック１２を備えている。試料ブロック１２は実質的に切石の形をしている。試料ブロック１２は１つ又は複数の凹部１４を備えている。単に一例として、試料ブロック１２は、試料ブロック１２を横断して一様に分散された６つの凹部１４を備えるものとして示されている。より詳細には、凹部１４は、２つの平行な例に配列されており、各列が３つの凹部１４を含んでいる。言うまでもなく、試料ブロック１２は６つより多い又は少ない凹部１４を備えていてもよい。各凹部１４は試料容器（図１には詳細に示されていない）を受け入れるように構成されている。凹部１４は円錐形状をしている。特に、各凹部１４は、上端１８のオリフィス１６が試料ブロック１２の上面２０に形成され円錐先端２２が試料ブロック１２の下面２４から突き出るような形状をしている。随意的に、各凹部１４がその底端２８に貫通孔２６を備える。
組立体１０は、更に、ヒートシンク３０を備えている。ヒートシンク３０は実質的に切石の形をしている。より詳細には、ヒートシンク３０は、長さ３２、幅３４、及び高さ３６を備えている。長さ３２は幅３４より大きく、幅３４は高さ３６より大きい。ヒートシンク３０は、ヒートシンク３０の下面４０から垂直に突き出ている１つ又は複数のフィン３８を備えている。単に一例として、ヒートシンク３０は、ヒートシンク３０を横断して一様に分散された６つのフィン３８を備えるものとして示されている。言うまでもなく、ヒートシンク３０は、６つより多い又は少ないフィン３８を備えていてもよい。フィン３８は切石の形をしている。特に、フィン３８は、ヒートシンク３０の幅３４に平行に、長さ３２に垂直に配列されている。フィン３８はその上端４２にて下面４０へ接続されている。例えば、ヒートシンク３０とフィン３８は一体に又はモノリシックに形成されている。ヒートシンク３０は、更に、６つの貫通孔４４を備えている。貫通孔４４はヒートシンク３０を横断して一様に分散されている。より詳細には、貫通孔４４は２つの平行な列に配列されており、各列が３つの貫通孔４４を含んでいる。それら列は長さ３２に平行に延在している。貫通孔４４は、ヒートシンク３０の上面４６から延びていて、ヒートシンク３０を完全に貫いて延びている。貫通孔４４はフィン３８の間に開口するように配列されている。
組立体１０は、更に、熱電要素４８を備えている。より詳細には、熱電要素４８は電着型熱電要素４８である。言い換えれば、熱電要素４８は電着によって作られている。電着型熱電要素４８の形状は、以下に更に詳細に解説されている様に、試料ブロック１２の１つ又は複数の凹部１４の形状に適合されている。電着型熱電要素４８は、実質的に平坦な矩形であるか又は薄い切石の形をしている。電着型熱電要素４８は、１つ又は複数の中空突起５０を備えている。単に一例として、電着型熱電要素４８は、電着型熱電要素４８を横断して一様に分散された６つの突起５０を備えるものとして示されている。言うまでもなく、電着型熱電要素４８はより多い又はより少ない突起５０を備えていてもよい。突起５０は円錐形状をしている。特に、突起５０は、上端５４のオリフィス５２が電着型熱電要素４８の上面５６に形成され円錐先端５８が電着型熱電要素４８の下面６０から突き出るような形状をしている。随意的に、各突起５０がその底端６４に貫通孔６２を備える。
電着型熱電要素４８の各突起５０は、試料ブロック１２の凹部１４を受け入れるように構成されている。更に、ヒートシンク３０の各貫通孔４４は、電着型熱電要素４８の突起５０を受け入れるように構成されている。電着型熱電要素４８は、試料ブロック１２とヒートシンク３０の間に配置される。取り付けられたとき、電着型熱電要素４８の上面５６は下面２４に面し、電着型熱電要素４８の下面６０はヒートシンク３０の上面４６に面する。この状態で、電着型熱電要素４８は試料ブロック１２及びヒートシンク３０に接触している。更に、電着型熱電要素４８の各突起５０は試料ブロック１２の凹部１４を受け入れ、ヒートシンク３０の各貫通孔４４は電着型熱電要素４８の突起５０を受け入れる。こうして試料ブロック１２は、電着型熱電要素４８及びヒートシンク３０へ、ポジティブフィット接続を用いてそれらが互いに横方向に、即ちそれらの上面及び下面に平行な方向に、動かされないように固定される。図１から更に解釈できる様に、各凹部１４の各貫通孔２６と電着型熱電要素４８の各貫通孔６２とヒートシンク３０の各貫通孔４４は共通の軸６５上に整列している。更に、取り付けられた状態では、各凹部１４は電着型熱電要素４８に向かって先細りになっている。
図２は、本発明の第２の実施形態による組立体１０の分解図を示している。これ以降は、第１の実施形態との相違のみを解説してゆくことにし、同様の構造部材は同様の参照符号によって示される。試料ブロック１２は非ポジティブフィット接続を用いて電着型熱電要素４８及びヒートシンク３０へ固定されている。この目的で、試料ブロック１２は少なくとも１つの固定穴６６を備え、電着型熱電要素４８は少なくとも１つの固定穴６８を備え、ヒートシンク３０は少なくとも１つの固定穴７０を備えている。単に一例として、それぞれ２つの固定穴６６、６８、７０が、凹部１４の列の間、突起５０の列の間、及び貫通孔４４の列の間に配列されているものとして示されている。固定穴６６、６８、７０を係合する、少なくとも１つのスクリューボルト又はねじの切られたボルト７２によって、試料ブロック、電着型熱電要素４８及びヒートシンク３０は互いに固定される。
図３は、本発明の第３の実施形態による組立体１０の分解図を示している。これ以降は、第１及び第２の実施形態との相違のみを解説してゆくことにし、同様の構造部材を同様の参照符号によって指示する。基本的に、電着型熱電要素４８は、平面形、切石の形、円筒形、円錐形、多角形、丸みを帯びた辺を有する多角形の形状、多面体、丸みを帯びた辺を有する多面体、又は任意の三次元の形、を備えることができる。単に一例として、電着型熱電要素４８は平面図に見て実質的にＬ字形状を備えている。試料ブロック１２も同じく、平面図に見て実質的にＬ字形状を備えるものとすることができる。ヒートシンク３０は、第１及び第２の実施形態に関して説明されている様に形成することができる。
図４は、本発明の第４の実施形態による組立体１０の分解図を示している。これ以降は、第１から第３の実施形態との相違のみを解説してゆくことにし、同様の構造部材を同様の参照符号によって指示する。試料ブロック１２は、リング状上側部分７４と、円錐状下側部分７６と、を備えている。リング状上側部分７４は貫通孔２６を備えている。同じく電着型熱電要素４８の形状も円錐形状をしていて、試料ブロック１２の下側部分７６を受け入れ接触するように構成されている。ヒートシンク３０は、リング状又は円形外側部分７８と、円錐状内側部分８０と、を備えている。円錐状内側部分８０は電着型熱電要素４８を受け入れ接触するように構成されている。更に、フィン３８が、外側部分７８に配列されていて、リング状又は円形外側部分７８に対して半径方向に外方へ延びている。
図５は、本発明の第５の実施形態による電着型熱電要素４８の平面図を示している。これ以降は、第１から第４の実施形態との相違のみを解説してゆくことにし、同様の構造部材を同様の参照符号によって指示する。電着型熱電要素４８は熱電ゾーン８２を備えるものとすることができる。単に一例として、電着型熱電要素４８は４つの熱電ゾーン８２を備えるものとして示されている。言うまでもなく、電着型熱電要素４８は、４つより多い又は少ない熱電ゾーン８２を備えていてもよい。熱電ゾーン８２は個別に作動できる。例えば、各熱電ゾーン８２は制御可能なパワー源へ別々に接続されていてもよい。代替として、熱電ゾーン８２は、熱電ゾーン８２を別々に作動させるように構成されている共通の制御回路へ接続されていてもよい。こうして各熱電ゾーン８２が他の熱電ゾーン８２とは独立に熱くなる又は冷たくなるよう制御されるようにしてもよい。熱電ゾーン８２は、同一の又は異なる冷却又は加熱パワー特性を備えていてもよい。例えば、ゾーン８２は、冷却させるのにより大きな冷却パワーが必要な試料ブロック１２の部分に、より大きい冷却パワー特性を有するゾーン８２を接触して配置させ、冷却させるのにより小さい冷却パワーが必要な試料ブロック１２の部分に、より小さい冷却パワーを有する他のゾーンを接触して配置させるように、配列されていてもよい。随意的に、熱電ゾーン８２を、更に、サブ部分（詳細に示されていない）に分割してもよい。それにより、各熱電ゾーン８２は（複数の）サブ部分を備える。サブ部分は、同一の又は異なる冷却パワー特性又は加熱パワー特性を備える。こうしてより小さい表面領域が個別に冷却される又は加熱されるようにしてもよい。
図６は、本発明の第１の実施形態による器具８４の斜視図を示している。器具８４は、以下に更に詳細に解説されている様に、温度依存性反応を遂行するように構成されている。器具８４は、前に説明されている第１から第５の実施形態の何れか１つによる組立体１０を備えている。単に器具８４の基本的な原理と構造を解説することを目的に、器具８４を第１の実施形態による組立体１０を備えるものとして説明してゆく。器具８４は、更に、少なくとも１つのラボラトリ装置８６を備えている。ラボラトリ装置８６は光源８８と検出器９０を備えている。光源８８は、試料ブロック１２の上方に位置付けられていて、試料ブロック１２の上面２０に面している。光源８８は、励起光を試料ブロック１２に向けて発するように構成されている。検出器９０は、ヒートシンク３０の下方に位置付けられていて、ヒートシンク３０の下面４０に面している。検出器９０は、電荷結合素子センサ、相補型金属酸化物半導体センサ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓｅｎｓｏｒ：ＣＭＯＳセンサとも）、など、であってもよい。更に、随意的に、レンズ９２及び発光帯通過フィルタの様な光学フィルタ９４をヒートシンク３０と検出器９０の間に位置付けてよい。
組立体１０と器具８４は、それぞれ、温度依存性反応を遂行するのに使用される。この目的で、試料容器９６内に備えられている試料は、試料ブロック１２の凹部１４に配置される。電着型熱電要素４８を作動させることによって、試料は１つ又は複数の指定温度に曝される。より詳細には、電着型熱電要素４８は、試料容器９６内の試料を冷却する及び／又は加熱するように作動される。温度依存性反応中、試料中の検体の存在又は不在が判定されるようにしてもよい。この目的で、試料は検体に対して特異的である検出可能なマーカーとともに提供されている。マーカーは蛍光体又は電気化学発光化合物である。例示としての本実施形態では、マーカーは蛍光体である。試料は、温度依存性反応中に光源８８から発せられる励起光に曝される。光は、凹部１４、電着型熱電要素４８及びヒートシンク３０の貫通孔２６、４４、６２を通過する。こうして光はマーカーとも接触することになる。マーカーから発せられた光は、レンズ９２、そして光学フィルタ９４を通り、続いて検出器９０によって検出される。こうして検出されたマーカーから発せられた光は検体の存在又は不在を指し示す。
図７は、本発明の第２の実施形態による器具８４の斜視図を示している。これ以降は第１の実施形態による器具８４との相違のみを解説してゆくことにし、同様の構造部材を同様の参照符号によって指示する。基本的に、図７は第１の実施形態による器具８４に比較すると逆転した構造を示している。光源８８は、ヒートシンク３０の下方に位置付けられていて、ヒートシンク３０の下面４０に面している。検出器９０は、試料ブロック１２の上方に位置付けられていて、試料ブロック１２の上面２０に面している。レンズ９２及び光学フィルタ９４は試料ブロック１２と検出器９０の間に位置付けられている。作動中、光源８８はヒートシンク３０に向けて光を発する。光は、凹部１４、電着型熱電要素４８及びヒートシンク３０の貫通孔２６、４４、６２を通過する。こうして光はやはり試料内のマーカーと接触することになる。マーカーから発せられた光はレンズ９２そして光学フィルタ９４を通り、続いて検出器９０によって検出される。こうして検出されたマーカーから発せられた光は検体の存在又は不在を指し示す。
図８は、本発明の第３の実施形態による器具８４の斜視図を示している。これ以降は第１の実施形態による器具８４との相違のみを解説してゆくことにし、同様の構造部材を同様の参照符号によって指示する。凹部１４の貫通孔２６及び電着型熱電要素４８の貫通孔６２は省略されている。ビームスプリッター９８が光源８８と試料ブロック１２の間に位置付けられている。レンズ９２、光学フィルタ９４及び検出器９０も試料ブロック１２の上方に但し光源８８に隣接して又は光源８８から横方向にずらして位置付けられている。試料は温度依存性反応中に光源８８から発せられる励起光に曝される。光は、ビームスプリッター９８を通過し、試料内のマーカーと接触することになる。光がマーカーから上方向に発せられ、即ち光源８８に向かって戻って来る。マーカーから発せられた光は、ビームスプリッター９８に当たり、レンズ９２及び光学フィルタ９４に向けて反射され、続いて検出器９０によって検出される。こうして検出されたマーカーから発せられた光は検体の存在又は不在を指し示す。
１０ 組立体
１２ 試料ブロック
１４ 凹部
１６ オリフィス
１８ 上端
２０ 上面
２２ 円錐先端
２４ 下面
２６ 貫通孔
２８ 底端
３０ ヒートシンク
３２ 長さ
３４ 幅
３６ 高さ
３８ フィン
４０ 下面
４２ 上端
４４ 貫通孔
４６ 上面
４８ 電着型熱電要素
５０ 突起
５２ オリフィス
５４ 上端
５６ 上面
５８ 円錐先端
６０ 下面
６２ 貫通孔
６４ 底端
６５ 共通の軸
６６ 固定穴
６８ 固定穴
７０ 固定穴
７２ ねじの切られたボルト
７４ 上側部分
７６ 下側部分
７８ 外側部分
８０ 内側部分
８２ 熱電ゾーン
８４ 器具
８６ ラボラトリ装置
８８ 光源
９０ 検出器
９２ レンズ
９４ 光学フィルタ
９６ 試料容器
９８ ビームスプリッター

Claims (12)

  1. 試料ブロック（１２）と、ヒートシンク（３０）と、少なくとも１つの電着型熱電要素（４８）と、を備えている組立体（１０）であって、前記試料ブロック（１２）は、それぞれが試料容器（９６）を受け入れるように構成されている１つ又は複数の凹部（１４）を備えており、前記少なくとも１つの電着型熱電要素（４８）の形状は、前記１つ又は複数の凹部（１４）の形状に適合されており、
    前記電着型熱電要素（４８）は前記試料ブロック（１２）と前記ヒートシンク（３０）の間に配置されており、
    前記電着型熱電要素（４８）は前記試料ブロック（１２）及び／又は前記ヒートシンク（３０）に接触している、
    組立体（１０）。
  2. 前記試料ブロック（１２）は前記電着型熱電要素（４８）及び前記ヒートシンク（３０）へ固定されている、請求項１に記載の組立体（１０）。
  3. 前記試料ブロック（１２）は、ポジティブフィット接続及び／又は非ポジティブフィット接続及び／又は接着ボンド接続を用いて、前記電着型熱電要素（４８）及び前記ヒートシンク（３０）へ固定されている、請求項１又は２に記載の組立体（１０）。
  4. 前記試料ブロック（１２）は少なくとも１つの固定穴（６６）を備え、前記電着型熱電要素（４８）は少なくとも１つの固定穴（６８）を備え、前記ヒートシンク（３０）は少なくとも１つの固定穴（７０）を備え、少なくとも１つのねじの切られたボルト（７２）が前記試料ブロック（１２）の前記固定穴（６６）と前記電着型熱電要素（４８）の前記固定穴（６８）と前記ヒートシンク（３０）の前記固定穴（７０）を係合している、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の組立体（１０）。
  5. 前記試料ブロック（１２）は試料容器（９６）を受け入れるように構成されている少なくとも１つの凹部（１４）を備え、前記凹部（１４）はその底端（２８）に貫通孔（２６）を備え、前記電着型熱電要素（４８）は少なくとも１つの貫通孔（６２）を備え、前記ヒートシンク（３０）は少なくとも１つの貫通孔（４４）を備え、前記凹部（１４）の前記貫通孔（２６）と前記電着型熱電要素（４８）の前記貫通孔（６２）と前記ヒートシンク（３０）の前記貫通孔（４４）は共通の軸（６５）上に整列している、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の組立体（１０）。
  6. 前記凹部（１４）は前記電着型熱電要素（４８）に向かって先細りになっている、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の組立体（１０）。
  7. 前記凹部（１４）は円錐形状をしている、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の組立体（１０）。
  8. 前記電着型熱電要素（４８）は熱電ゾーン（８２）を備え、前記ゾーン（８２）は個別に作動できる、請求項１から請求項７の何れか一項に記載の組立体（１０）。
  9. 前記熱電ゾーン（８２）は同一の又は異なる冷却パワー又は加熱パワー特性を備えている、請求項８に記載の組立体（１０）。
  10. 前記熱電ゾーン（８２）の各々はサブ部分を備え、前記サブ部分は同一の又は異なる冷却パワー又は加熱パワー特性を備えている、請求項８又は請求項９に記載の組立体（１０）。
  11. 請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の組立体（１０）と、少なくとも１つのラボラトリ装置（８６）と、を備え、前記ラボラトリ装置（８６）は、試料に対して光を発するように構成される光源（８８）と、前記試料から発された光を検出するように構成された検出器（９０）と、を備えている、温度依存性反応を遂行するための器具（８４）。
  12. 請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の組立体（１０）での又は請求項１１に記載の器具（８４）での温度依存性反応を遂行するための方法であって、前記電着型熱電要素（４８）を作動させることによって、試料ブロック（１２）の凹部（１４）に配置されている試料容器（９６）内に備えられている試料を１つ又は複数の指定温度に曝す段階、を備えている方法。
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